EP3825739A1 - Störstrahlung reduzierendes schichtsystem und bauteil - Google Patents

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EP3825739A1
EP3825739A1 EP20208581.7A EP20208581A EP3825739A1 EP 3825739 A1 EP3825739 A1 EP 3825739A1 EP 20208581 A EP20208581 A EP 20208581A EP 3825739 A1 EP3825739 A1 EP 3825739A1
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EP
European Patent Office
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layer
layer system
interference radiation
partially transparent
reflection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20208581.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Schwinde
Sven SCHRÖDER
Ralph Schlegel
Peter Munzert
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B1/113—Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
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    • G—PHYSICS
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    • G02B5/0221—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures the surface having an irregular structure
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    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0294—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use adapted to provide an additional optical effect, e.g. anti-reflection or filter

Definitions

  • the invention relates to a layer system which reduces interference radiation, which is provided in particular to reduce disruptive light reflections on surfaces, and to a component with such a layer system.
  • interference radiation that can lead to an interference signal is referred to as critical interference radiation.
  • critical interference radiation For modern optical components, there is an increasing demand that the desired optical effect is achieved in a broad spectral range and that the functional surfaces can be cleaned without restriction.
  • a radiation absorber is known with a substrate which contains silicon or a silicon compound and has a surface structure which extends at least to a depth of 100 nm into the substrate.
  • a radiation absorber can only be cleaned to a limited extent without losing its absorbing effect.
  • a light-absorbing layer system comprising at least one anti-reflective layer facing the viewer and an absorber layer is proposed.
  • One problem to be solved consists in specifying an improved layer system for reducing interference radiation with which interference radiation can be effectively reduced.
  • the interfering radiation-reducing layer system comprises a substrate, at least one light-absorbing layer arranged over the substrate, at least one partially transparent metal layer arranged over the light-absorbing layer, and at least one over the partially transparent Metal layer arranged reflection-reducing dielectric layer.
  • the layer system makes use, inter alia, of the knowledge that the partially transparent metal layer arranged over the light-absorbing layer can further increase the absorption in the light-absorbing layer. Due to the partially transparent metal layer, at least part of the unabsorbed light, which for example has been reflected on the substrate after passing through the light-absorbing layer, is reflected back into the light-absorbing layer. In this way it can be achieved that the light passes through the light-absorbing layer several times. Furthermore, by suitably setting the layer thicknesses, destructive interference can be generated in the layer system and the reflection can thus be minimized. The required layer thicknesses depend on the wavelength of the light and the optical constants of the materials used and can be calculated using simulation programs known per se to the person skilled in the art.
  • the reflection-reducing dielectric layer arranged over the partially reflective metal layer further reduces the reflection for radiation striking the partially reflective metal layer from the outside.
  • the layer system acts as a light trap and appears black to the observer.
  • a broadband anti-reflective coating with a degree of reflection of less than 3% from the UV range through the visible range to the IR range can be achieved with the layer system that reduces interference radiation.
  • the layer system that reduces interference radiation can advantageously be cleaned using conventional methods, since it has a higher mechanical stability has as, for example, radiation-absorbing layers with needle-shaped structures on the surface.
  • the substrate of the layer system can be any component in which interfering radiation caused by reflection is to be minimized.
  • the substrate can be, for example, a housing of an optical or optoelectronic component.
  • the substrate can for example have a metal, a semiconductor material, a glass or a plastic.
  • the light-absorbing layer has a thickness between 25 nm and 500 nm. With such a thickness, the light-absorbing layer is advantageously still partially transparent, so that it can be traversed several times by the light.
  • the extinction coefficient ⁇ of the light-absorbing layers for example, 0 ⁇ ⁇ 1.5, preferably 0.1 ⁇ ⁇ 1.5.
  • the extinction coefficient ⁇ is the amount of the imaginary part of the complex refractive index n + i ⁇ .
  • the light-absorbing layer has a non-stoichiometric oxide or nitride of one of the elements Al, Si, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Ti, C or Nb. These materials are well suited to absorb some of the radiation.
  • the partially transparent metal layer has a thickness between 0.5 nm and 20 nm. With a thickness in this range, there is a good ratio between reflection and transmission of the partially transparent metal layer, so that a sufficiently large proportion of the radiation which strikes the interfering radiation-reducing layer system from outside the pass partially transparent metal layer and can be absorbed by the radiation-absorbing layer.
  • the partially transparent metal layer has or consists of Al, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Si, Ti or Cr.
  • At least one further light-absorbing layer and at least one further partially transparent metal layer are arranged between the partially transparent metal layer and the at least one reflection-reducing dielectric layer.
  • the light-absorbing layer, the partially transparent metal layer, a second light-absorbing layer, a second partially transparent metal layer and the at least one reflection-reducing dielectric layer are arranged in the order mentioned in the layer system.
  • the double arrangement of the light-absorbing layer and the partially reflective metal layer can advantageously further increase the absorption of the layer system and further reduce the reflection.
  • the substrate has a roughness structure.
  • the roughness structure can be produced in the material of the substrate, for example by sandblasting or etching.
  • a material can be applied to the substrate surface that forms the roughness structure.
  • particles or island-shaped areas made of an oxide material such as TiO 2 can be applied to the substrate surface.
  • the material, that forms the roughness structure can in particular be applied by a printing process such as an inkjet process.
  • a surface of the reflection-reducing dielectric layer can have a roughness structure.
  • a roughness structure on the surface of the reflection-reducing dielectric layer can be produced in the same way as described above for the substrate surface.
  • the roughness structure of the substrate and / of the surface of the reflection-reducing dielectric layer can in particular reduce the specular reflection.
  • the roughness structure of the substrate and / or the surface of the reflection-reducing dielectric layer preferably has an rms roughness (root mean square) of at least 30 nm.
  • the rms roughness is preferably between 30 nm and 600 nm, particularly preferably between 50 nm and 200 nm.
  • the specular reflection can be effectively reduced by a roughness structure with an rms roughness in this range, the diffuse scattering still remaining moderate.
  • the roughness structure advantageously has an average aspect ratio of less than 3: 1, preferably less than 2: 1 and particularly preferably less than 1: 1.
  • the aspect ratio is to be understood here as the ratio of the heights to the widths of the structures. A low aspect ratio makes it easier to clean the layer system.
  • the reflection of the interfering radiation-reducing layer system in the wavelength range from 300 nm to 1100 nm is less than 3%, particularly preferably less than 2%.
  • the low reflection can be achieved in the layer system through a combined use of absorption, destructive interference and scattering.
  • a component is specified with a layer system which reduces interference radiation and which is embodied in particular as described above.
  • the component is, for example, an optical or an optoelectronic component.
  • the component has a detector.
  • the detector is set up, for example, to detect radiation in a wavelength range from 300 nm to 1100 nm or in a partial range of this wavelength range.
  • the substrate of the stray radiation-reducing layer system is a housing part of the component.
  • the illustrated first exemplary embodiment of the interfering radiation-reducing layer system 10 has a substrate 1 that can be any desired component such as a housing part in an optical or optoelectronic application.
  • the substrate 1 can be flat or curved.
  • the substrate 1 can comprise a metal, a semiconductor material, a glass or a plastic, for example.
  • On the substrate 1 are a partially transparent light-absorbing layer 2, a partially transparent metal layer 3, a partially transparent second light-absorbing layer 2a, a partially transparent second Metal layer 3a and a reflection-reducing dielectric layer 4 arranged.
  • the light-absorbing layers 2, 2a each have a non-stoichiometric oxide or nitride of one of the elements Al, Si, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Ti, C or Nb and are preferably between 25 nm and 500 nm thick.
  • the extension coefficient ⁇ of the light-absorbing layers 2, 2a is preferably 0 ⁇ ⁇ 1.5.
  • the partially transparent metal layers 3 are formed from one of the metals Al, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Si, Ti or Cr and are preferably between 0.5 nm and 20 nm thick.
  • the reflection-reducing dielectric layer 4 can be a single layer or have a plurality of partial layers.
  • the reflection-reducing dielectric layer can be designed as a dielectric interference layer system that has a plurality of partial layers.
  • Suitable materials for the at least one dielectric layer are oxides, nitrides or fluorides such as silicon oxide, silicon nitride, titanium oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, hafnium oxide or magnesium fluoride.
  • the reflection-reducing dielectric layer is designed as a dielectric interference layer system with several sublayers, the sublayers preferably alternately have a lower refractive index, for example n ⁇ 1.6 and a higher refractive index, for example n> 1.6 or n> 1.8.
  • the substrate 1 has a roughness structure 5.
  • the roughness structure 5 can be produced in this way, for example the substrate 1 is roughened by sandblasting or etching.
  • the roughness structure 5 can be produced by applying a material to the substrate, for example by applying an island-shaped layer.
  • the material that forms the roughness structure 5 can in this case be applied to the substrate 1 by a printing process such as an inkjet process, for example.
  • the roughness structure preferably has an rms roughness in the range between 30 nm and 600 nm, preferably in the range from 50 nm to 250 nm.
  • the stray radiation reducing layer system is characterized by high absorption and low reflection.
  • the reflection is reduced on the one hand by the reflection-reducing dielectric layer 4 on the surface of the layer system.
  • the layer system is based on the principle of destructive interference, whereby the reflection is minimized by a suitable setting of the layer thicknesses of all individual layers.
  • a high level of absorption is achieved by the light-absorbing layers 2, 2a and the partially transparent metal layers 3, 3a.
  • FIG. 2 a second embodiment of the stray radiation reducing layer system is shown.
  • This example differs from the first example in that the substrate 1 has not been specifically provided with a roughness structure 5.
  • the substrate 1 thus has an essentially smooth surface. This does not rule out that the substrate has a production-related roughness that is typically less than 5 nm, for example between 1 nm and 5 nm.
  • the surface of the reflection-reducing dielectric layer 4 is provided with a Roughness structure 5 has been provided.
  • the roughness structure 5 has an rms roughness in the range between 30 nm and 600 nm, preferably in the range from 50 nm to 250 nm.
  • the roughness structure can be produced as in the previous example.
  • the roughness structure 5 can further reduce the specular reflection on the surface.
  • the second exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment.
  • the reflection R is shown as a function of the wavelength ⁇ in an embodiment of the stray radiation reducing layer system.
  • the layer system has an aluminum substrate, a first light-absorbing layer (150 nm non-stoichiometric AlO x ), a first partially transparent metal layer (10 nm Al), a second light-absorbing layer (45 nm non-stoichiometric AlO x ), a second partially transparent one Metal layer (6 nm Al), another light-absorbing layer (75 nm non-stoichiometric AlO x ) and a reflection-reducing dielectric layer (80 nm SiO 2 ). It has been shown that a particularly low reflection from the UV range over the visible range into the IR range can be achieved with the layer system which reduces interference radiation.
  • the reflection R is shown as a function of the wavelength ⁇ in a further exemplary embodiment of the layer system which reduces interference radiation.
  • the layer system has been optimized for a particularly low reflection in the range from 300 nm to 1100 nm.
  • a reflection R of less than 2% can be achieved over the entire wavelength range between 300 nm and 1100 nm.
  • FIG. 5 a component 100 with a stray radiation reducing layer system 10 is shown, wherein the stray radiation reducing layer system 10 can be designed as described above.
  • the substrate 1 of the stray radiation-reducing layer system 10 is a housing part 102 of the component 100.
  • the component is an example of an optoelectronic component 100 with a detector 101.
  • the substrate 1 can alternatively or additionally be a different part of the component.
  • the component can also be an optical component.

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Abstract

Es wird ein Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem beschrieben, umfassend ein Substrat (1), mindestens eine über dem Substrat (1) angeordnete teiltransparente lichtabsorbierende Schicht (2), mindestens eine über der teiltransparenten lichtabsorbierenden Schicht (2) angeordnete teiltransparente Metallschicht (3) und mindestens eine über der teiltransparenten Metallschicht angeordnete reflexionsmindernde dielektrische Schicht (4).
Weiterhin wird ein Bauteil (100) mit einem Störstrahlung reduzierenden Schichtsystem (10) angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem, das insbesondere dazu vorgesehen ist, störende Lichtreflexionen an Oberflächen zu vermindern sowie ein Bauteil mit einem solchen Schichtsystem.
  • In optischen Systemen führen ungewollte Lichtreflektionen an passiven Bauteiloberflächen (an Flächen außerhalb von Spiegelflächen), wie z.B. Innenflächen von Gehäusen, zur Störstrahlung. Gelangt die Störstrahlung zu einem Detektor kommt es zu Störsignalen. Im Folgenden werden Störstrahlungen, die zu einem Störsignal führen können, als kritische Störstrahlungen bezeichnet. Für moderne optische Bauelemente besteht zunehmend der Anspruch, dass die gewünschte optische Wirkung in einem breiten spektralen Bereich erreicht wird, und dass eine Reinigung der funktionalen Flächen uneingeschränkt möglich ist.
  • Bisher werden Bauteiloberflächen zur Vermeidung kritischer Störstrahlung in der Regel stark aufgeraut, um spekulare Reflexionen zu vermeiden. Da dabei die reflektierte Strahlung lediglich umverteilt wird, ist der hemisphärische Reflexionsgrad gleichbleibend hoch. Daher wird die Oberfläche oft zusätzlich geschwärzt, um den Reflexionsgrad zu reduzieren. Dabei haben sich für einfache Anwendungen verschiedene Lacke etabliert, u.a. schwarzer Tafellack.
  • Eine ähnliche Herausforderung stellt die Erzielung einer möglichst hohen Lichtabsorption für Anwendungen wie z.B. solarthermische Anwendungen dar. Neben einer möglichst hohen Absorption ist für diese Anwendungen eine möglichst geringe IR-Emission von Interesse, um Wärmeverluste gering zu halten.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2013 108 288 A1 ist ein Strahlungsabsorber mit einem Substrat bekannt, das Silizium oder eine Siliziumverbindung enthält und eine Oberflächenstruktur aufweist, die sich mindestens bis in eine Tiefe von 100 nm in das Substrat hinein erstreckt. Aufgrund der eigenschaftsprägenden Strukturen lässt sich ein solcher Strahlungsabsorber allerdings nur eingeschränkt reinigen, ohne die absorbierende Wirkung zu verlieren.
  • In der Druckschrift WO 2014/063954 A1 wird ein Licht absorbierendes Schichtsystem aus mindestens einer dem Betrachter zugewandten Antireflexschicht und einer Absorberschicht vorgeschlagen.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Schichtsystem zur Reduzierung von Störstrahlung anzugeben, mit dem Störstrahlung effektiv vermindert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Störstrahlung reduzierende Schichtsystem ein Substrat, mindestens eine über dem Substrat angeordnete lichtabsorbierende Schicht, mindestens eine über der lichtabsorbierenden Schicht angeordnete teiltransparente Metallschicht, und mindestens eine über der teiltransparenten Metallschicht angeordnete reflexionsmindernde dielektrische Schicht.
  • Das Schichtsystem macht unter anderem von der Erkenntnis Gebrauch, dass durch die über der lichtabsorbierenden Schicht angeordnete teiltransparente Metallschicht die Absorption in der lichtabsorbierenden Schicht weiter erhöht werden kann. Durch die teiltransparente Metallschicht wird zumindest ein Teil des nicht absorbierten Lichts, das beispielsweise nach dem Durchgang durch die lichtabsorbierende Schicht am Substrat reflektiert worden ist, in die lichtabsorbierende Schicht zurückreflektiert. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das Licht die lichtabsorbierende Schicht mehrfach durchläuft. Weiterhin kann durch eine geeignete Einstellung der Schichtdicken eine destruktive Interferenz in dem Schichtsystem erzeugt werden und so die Reflexion minimiert werden. Die erforderlichen Schichtdicken sind von der Wellenlänge des Lichts und den optischen Konstanten der verwendeten Materialien abhängig und können mit dem Fachmann an sich bekannten Simulationsprogrammen berechnet werden. Durch die über der teilreflektierenden Metallschicht angeordnete reflexionsmindernde dielektrische Schicht wird die Reflexion für von außen auf die teilreflektierende Metallschicht auftreffende Strahlung weiter vermindert.
  • Das Schichtsystem wirkt insgesamt als Lichtfalle und erscheint für Betrachter schwarz. Insbesondere lässt sich mit dem Störstrahlung reduzierenden Schichtsystem eine breitbandige Entspiegelung mit einem Reflexionsgrad von weniger als 3% vom UV-Bereich über den sichtbaren Bereich bis in den IR-Bereich erzielen. Das Störstrahlung reduzierende Schichtsystem kann vorteilhaft mit herkömmlichen Methoden gereinigt werden, da es eine höhere mechanische Stabilität aufweist als beispielsweise strahlungsabsorbierende Schichten mit nadelförmigen Strukturen an der Oberfläche.
  • Das Substrat des Schichtsystems kann ein beliebiges Bauteil sein, bei dem durch Reflexion entstehende Störstrahlung minimiert werden soll. Das Substrat kann beispielsweise ein Gehäuse eines optischen oder optoelektronischen Bauteils sein. Das Substrat kann beispielsweise ein Metall, ein Halbleitermaterial, ein Glas oder einen Kunststoff aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die lichtabsorbierende Schicht eine Dicke zwischen 25 nm und 500 nm auf. Die lichtabsorbierende Schicht ist bei einer solchen Dicke vorteilhaft noch teilweise transparent, so dass sie mehrfach von dem Licht durchquert werden kann. Für den Extinktionskoeffizienten κ der lichtabsorbierenden Schichten gilt beispielsweise 0 < κ < 1,5, vorzugsweise gilt 0,1 < κ < 1,5. Der Extinktionskoeffizient κ ist hierbei der Betrag des Imaginärteils des komplexen Brechungsindex n + i κ.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die lichtabsorbierende Schicht ein nicht stöchiometrisches Oxid oder Nitrid von einem der Elemente Al, Si, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Ti, C oder Nb auf. Diese Materialien sind gut dazu geeignet, einen Teil der Strahlung zu absorbieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die teiltransparente Metallschicht eine Dicke zwischen 0,5 nm und 20 nm auf. Bei einer Dicke in diesem Bereich besteht ein gutes Verhältnis zwischen Reflexion und Transmission der teiltransparenten Metallschicht, so dass ein ausreichend großer Anteil der von außen auf das Störstrahlung reduzierende Schichtsystem auftreffende Strahlung die teiltransparente Metallschicht passieren und von der strahlungsabsorbierenden Schicht absorbiert werden kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die teiltransparente Metallschicht Al, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Si, Ti oder Cr auf oder besteht daraus.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems sind zwischen der teiltransparenten Metallschicht und der mindestens einen reflexionsmindernden dielektrischen Schicht mindestens eine weitere lichtabsorbierende Schicht und mindestens eine weitere teiltransparente Metallschicht angeordnet. Ausgehend vom Substrat sind in dem Schichtsystem bei dieser Ausführungsform beispielsweise die lichtabsorbierende Schicht, die teiltransparente Metallschicht, eine zweite lichtabsorbierende Schicht, eine zweite teiltransparente Metallschicht und die mindestens eine reflexionsmindernde dielektrische Schicht in der genannten Reihenfolge angeordnet. Durch die zweifache Anordnung der lichtabsorbierenden Schicht und der teilreflektierenden Metallschicht kann vorteilhaft die Absorption des Schichtsystems weiter erhöht und die Reflexion weiter vermindert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat eine Rauheitsstruktur auf. Die Rauheitsstruktur kann in dem Material des Substrats erzeugt sein, beispielsweise durch Sandstrahlen oder Ätzen. Alternativ kann ein Material auf die Substratoberfläche aufgebracht sein, dass die Rauheitsstruktur ausbildet. Beispielsweise können Partikel oder inselförmige Bereiche aus einem Oxidmaterial wie TiO2 auf die Substratoberfläche aufgebracht werden. Das Material, das die Rauheitsstruktur ausbildet, kann insbesondere durch ein Druckverfahren wie beispielsweise ein Inkjet-Verfahren aufgebracht werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann eine Oberfläche der reflexionsmindernden dielektrischen Schicht eine Rauheitsstruktur aufweisen. Eine Rauheitsstruktur an der Oberfläche der reflexionsmindernden dielektrischen Schicht kann in gleicher Weise hergestellt werden wie zuvor für die Substratoberfläche beschrieben. Durch die Rauheitsstruktur des Substrats und/der der Oberfläche der reflexionsmindernden dielektrischen Schicht kann insbesondere die spekulare Reflexion vermindert werden.
  • Die Rauheitsstruktur des Substrats und/oder der Oberfläche der reflexionsmindernden dielektrischen Schicht weist vorzugsweise eine rms-Rauheit (root mean square) von mindestens 30 nm auf. Vorzugsweise beträgt die rms-Rauheit zwischen 30 nm und 600 nm, besonders bevorzugt zwischen 50 nm und 200 nm. Durch eine Rauheitsstruktur mit einer rms-Rauheit in diesem Bereich kann die spekulare Reflexion gut vermindert werden, wobei die diffuse Streuung noch moderat bleibt. Die Rauheitsstruktur weist vorteilhaft im Mittel ein Aspektverhältnis von weniger als 3:1, bevorzugt von weniger als 2:1 und besonders bevorzugt von weniger als 1:1 auf. Unter dem Aspektverhältnis ist hier das Verhältnis der Höhen zu den Breiten der Strukturen zu verstehen. Ein geringes Aspektverhältnis erleichtert die Reinigung des Schichtsystems.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Reflexion des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1100 nm weniger als 3%, besonders bevorzugt weniger als 2%. Die niedrige Reflexion kann bei dem Schichtsystem durch eine kombinierte Ausnutzung von Absorption, destruktiver Interferenz und Streuung erreicht werden.
  • Weiterhin wird ein Bauteil mit einem Störstrahlung reduzierenden Schichtsystem angegeben, das insbesondere wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Das Bauteil ist beispielsweise ein optisches oder ein optoelektronisches Bauteil.
  • Das Bauteil weist gemäß zumindest einer Ausführungsform einen Detektor aufweist. Der Detektor ist beispielsweise zur Strahlungsdetektion in einem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1100 nm oder in einem Teilbereich dieses Wellenlängenbereichs eingerichtet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist das Substrat des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems ein Gehäuseteil des Bauteils.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 5 näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    Figur 3
    eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    Figur 4
    eine grafische Darstellung der Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
    Figur 5
    eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • Das in Figur 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems 10 weist ein Substrat 1 auf, dass ein beliebiges Bauteil wie zum Beispiel ein Gehäuseteil in einer optischen oder optoelektronischen Anwendung sein kann. Das Substrat 1 kann eben oder gekrümmt sein. Das Substrat 1 kann zum Beispiel ein Metall, ein Halbleitermaterial, ein Glas oder einen Kunststoff aufweisen. Auf dem Substrat 1 sind eine teiltransparente lichtabsorbierende Schicht 2, eine teiltransparente Metallschicht 3, eine teiltransparente zweite lichtabsorbierende Schicht 2a, eine teiltransparente zweite Metallschicht 3a und eine reflexionsmindernde dielektrische Schicht 4 angeordnet.
  • Die lichtabsorbierenden Schichten 2, 2a weisen jeweils ein nicht stöchiometrisches Oxid oder Nitrid von einem der Elemente Al, Si, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Ti, C oder Nb auf und sind vorzugsweise zwischen 25 nm und 500 nm dick. Für den Extensionskoeffizienten κ der lichtabsorbierenden Schichten 2, 2a gilt vorzugsweise 0 < κ < 1,5.
  • Die teiltransparenten Metallschichten 3 sind aus einem der Metalle Al, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Si, Ti oder Cr gebildet und sind vorzugsweise zwischen 0,5 nm und 20 nm dick.
  • Die reflexionsmindernde dielektrische Schicht 4 kann eine Einzelschicht sein oder mehrere Teilschichten aufweisen. Insbesondere kann die reflexionsmindernde dielektrische Schicht als dielektrisches Interferenzschichtsystem ausgeführt sein, dass mehrere Teilschichten aufweist. Geeignete Materialien für die mindestens eine dielektrische Schicht sind Oxide, Nitride oder Fluoride wie beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Hafniumoxid oder Magnesiumfluorid. Wenn die reflexionsmindernde dielektrische Schicht als dielektrisches Interferenzschichtsystem mit mehreren Teilschichten ausgeführt ist, weisen die Teilschichten vorzugsweise abwechselnd einen niedrigeren Brechungsindex, beispielsweise n < 1,6 und einen höheren Brechungsindex, beispielsweise n > 1,6 oder n > 1,8, auf.
  • Weiterhin weist das Substrat 1 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Rauheitsstruktur 5 auf. Die Rauheitsstruktur 5 kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, das Substrat 1 durch Sandstrahlen oder Ätzen aufgeraut wird. Alternativ kann die Rauheitsstruktur 5 durch Aufbringen eines Materials auf das Substrat erzeugt werden, zum Beispiel durch Aufbringen einer inselförmigen Schicht. Das Material, das die Rauheitsstruktur 5 ausbildet, kann in diesem Fall durch ein Druckverfahren wie zum Beispiel ein Inkjet-Verfahren auf das Substrat 1 aufgebracht werden. Die Rauheitsstruktur weist vorzugsweise eine rms-Rauheit im Bereich zwischen 30 nm und 600 nm, bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 250 nm, auf.
  • Das Störstrahlung reduzierende Schichtsystem zeichnet sich durch eine hohe Absorption und niedrige Reflexion aus. Die Reflexion wird zum einen durch die reflexionsmindernde dielektrische Schicht 4 an der Oberfläche des Schichtsystems vermindert. Weiterhin basiert das Schichtsystem auf dem Prinzip der destruktiven Interferenz, wobei durch eine geeignete Einstellung der Schichtdicken aller Einzelschichten die Reflexion minimiert wird. Eine hohe Absorption wird durch die lichtabsorbierenden Schichten 2, 2a und die teiltransparenten Metallschichten 3, 3a erzielt.
  • In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems dargestellt. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dadurch, dass das Substrat 1 nicht gezielt mit einer Rauheitsstruktur 5 versehen worden ist. Das Substrat 1 weist somit eine im Wesentlichen glatte Oberfläche auf. Dies schließt nicht aus, dass das Substrat eine fertigungsbedingte Rauheit aufweist, die typischerweise weniger als 5 nm, beispielsweise zwischen 1 nm und 5 nm, beträgt. Stattdessen ist bei diesem Beispiel die Oberfläche der reflexionsmindernden dielektrischen Schicht 4 mit einer Rauheitsstruktur 5 versehen worden. Die Rauheitsstruktur 5 weist eine rms-Rauheit im Bereich zwischen 30 nm und 600 nm, bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 250 nm, auf. Die Herstellung der Rauheitsstruktur kann wie bei dem vorherigen Beispiel erfolgen. Durch die Rauheitsstruktur 5 kann die spekulare Reflexion an der Oberfläche weiter vermindert werden. Hinsichtlich weiterer möglicher Ausgestaltungen des Schichtsystems entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • In Figur 3 ist die Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei einem Ausführungsbeispiel des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems dargestellt. Das Schichtsystem weist bei diesem Beispiel ein Aluminium-Substrat, eine erste lichtabsorbierende Schicht (150 nm nicht stöchiometrisches AlOx), eine erste teiltransparente Metallschicht (10 nm Al), eine zweite lichtabsorbierende Schicht (45 nm nicht stöchiometrisches AlOx), eine zweite teiltransparente Metallschicht (6 nm Al), eine weitere lichtabsorbierende Schicht (75 nm nicht stöchiometrisches AlOx) und eine reflexionsmindernde dielektrische Schicht (80 nm SiO2) auf. Es zeigt sich, dass mit dem Störstrahlung reduzierenden Schichtsystem eine besonders niedrige Reflexion vom UV-Bereich über den sichtbaren Bereich bis in den IR-Bereich hinein erzielt werden kann.
  • In Figur 4 ist die Reflexion R in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Schichtsystem für eine besonders niedrige Reflexion im Bereich von 300 nm bis 1100 nm optimiert worden. Wie in Figur 4 zu sehen, lässt sich im gesamten Wellenlängenbereich zwischen 300 nm 1100 nm eine Reflexion R von weniger als 2 % erzielen.
  • In Figur 5 ist ein Bauteil 100 mit einem Störstrahlung reduzierenden Schichtsystem 10 gezeigt, wobei das Störstrahlung reduzierende Schichtsystem 10 wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein kann.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 1 des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems 10 ein Gehäuseteil 102 des Bauteils 100. Das Bauteil ist exemplarisch ein optoelektronisches Bauteil 100 mit einem Detektor 101. Mittels des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems 10 kann das Auftreffen von kritischer Störstrahlung auf die Innenwand des Gehäuses 102, die in dem Detektor 101 zu einem Störsignal führen könnte, reduziert werden. Das Substrat 1 kann jedoch alternativ oder zusätzlich ein anderes Teil des Bauteils sein. Weiterhin kann das Bauteil auch ein optisches Bauteil sein.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10), umfassend
    - ein Substrat (1),
    - mindestens eine über dem Substrat (1) angeordnete teiltransparente lichtabsorbierende Schicht (2),
    - mindestens eine über der teiltransparenten lichtabsorbierenden Schicht (2) angeordnete teiltransparente Metallschicht (3) und
    - mindestens eine über der teiltransparenten Metallschicht angeordnete reflexionsmindernde dielektrische Schicht (4).
  2. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach Anspruch 1,
    wobei die lichtabsorbierende Schicht (2) eine Dicke zwischen 25 nm und 500 nm aufweist.
  3. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die lichtabsorbierende Schicht (2) einen Extinktionskoeffizienten κ aufweist, für den gilt: 0 < κ < 1,5.
  4. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die lichtabsorbierende Schicht (2) ein nicht stöchiometrisches Oxid oder Nitrid von einem der Elemente Al, Si, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Ti, C oder Nb aufweist.
  5. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die teiltransparente Metallschicht (3) eine Dicke zwischen 0,5 nm und 20 nm aufweist.
  6. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die teiltransparente Metallschicht (3) Al, Ru, Ta, Zr, Hf, Y, Si, Ti oder Cr aufweist.
  7. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei zwischen der teiltransparenten Metallschicht (3) und der reflexionsmindernden dielektrischen Schicht (4) mindestens eine weitere lichtabsorbierende Schicht (2a) und mindestens eine weitere teiltransparente Metallschicht (3a) angeordnet sind.
  8. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Substrat (1) eine Rauheitsstruktur (5) aufweist.
  9. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei eine Oberfläche der reflexionsmindernden dielektrischen Schicht (4) eine Rauheitsstruktur (5) aufweist.
  10. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach Anspruch 8 oder 9,
    wobei die Rauheitsstruktur (5) eine rms-Rauheit von mindestens 30 nm aufweist.
  11. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach Anspruch 8 oder 9,
    wobei die Rauheitsstruktur (5) eine rms-Rauheit von mindestens 30 nm und höchstens 200 nm aufweist, wobei die Rauheitsstruktur im Mittel ein Aspektverhältnis von weniger als 3:1 aufweist.
  12. Störstrahlung reduzierendes Schichtsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Reflexion des Störstrahlung reduzierenden Schichtsystems im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1100 nm weniger als 3% beträgt.
  13. Bauteil (100) mit einem Störstrahlung reduzierenden Schichtsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Bauteil (100) nach Anspruch 13,
    wobei das Bauteil (100) einen Detektor (101) aufweist.
  15. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 13 oder 14,
    wobei das Substrat (1) ein Gehäuseteil (102) des Bauteils (100) ist.
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